锡铜合金电镀新技术

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1、锡铜合金电镀新技术

2、第1内容显示中众所周知，锡铅(Sn-Pb)合金焊料能优异，在电子元器件的组装领域得广泛应用。但是，非常遗憾的是Sn-Pb中的铅对于环境和人体健康有害，限制使用含铅电子材料的活动已正式启动。在欧洲欧洲委员会已提出电子机器弃物条令案的第3次草案明文规定，在2004年的废弃物中严禁有铅Pb、镉Cd、汞Hg和6价铬Cr等有害物质。在亚洲的日本于1998年已制定出家电产品回收法案，从2001年开始生产厂家对已使用过的废弃家电产品履行回收义务。根据这一法案，　　日本各个家电·信息机器厂家开始励行削减铅使用量的活动。　　在这样的背景下，强烈要

3、求开发无铅焊接技术和相应的锡铜Sn-Cu合金电镀技术。　　无铅焊料电镀技术要求　　关于无铅焊料电镀层和电解液，除了不允许使用含铅物质之外比较难于实现的是要求与以往一直使用的Sn-Pb电镀层有同样的宝贵特性。具体要求的性能，如下所述：(1)环境安全性——不允许有像铅Pb等有害人体健康和污染环境的物质；(2)析出稳定性——获得均匀的外表面和均匀的合金比例；(3)焊料润湿性——当进行耐热试验和高温、高湿试验后，焊料的润湿性仅允许有很小程度的劣化；（4）抑制金属须晶产生；(5)焊接强度粘着性——同焊料材料之间接合可靠性；（6）柔韧性——不发生断裂；（7）不

4、污染流焊槽；（8）低成本；(9)良好的可作业性——主要是指电解容易管理；(10)长期可靠性——即使是长期使用电解液，也能保证电镀层稳定；(11)排水处理——不加特殊的螯合剂(Chelate)，可利用中和凝聚沉淀处理方法清除重金属。　　在选择无铅焊料电镀技术时，应当综合分析权衡上述诸多因素，选Sn-Pb电镀性能的无铅焊料电镀技术，选择Sn-Cu（合金焊料）电解液的原因作为无铅焊料电镀技术，现已研究很多种，诸如，试图以Sn-Zn、Sn-Bi、Sb-Ag和Sn-Cu电镀取代一直使用的Sn-Pb电镀。然而，这些无铅电镀技术也是各有短、长，并非十全十美。例如

5、，Sn电镀的优点是低成本，确有电子元器采用电镀锡的力方法，因为是单一金属锡，当然不存在电镀合金比率的管理问题。可是，Sn电镀的缺点突出，如像产生金属须晶(eniscograph方法构成的ZeroCrossTime对各种焊料镀层断评比。具体作法是以SoftAlloyGTC-20电解液用支架式电镀方法制造出多种焊料镀层样品，通过高温高湿处理(温度：60℃相对湿度：95％，处理时间：168小时）后，进行润湿性评比。具体的Menis-cograph测试条件如表2所示。测试样品的制作过程如下：在铜基础材料上先电镀一层Ni，再在其表面上电镀所要测试的Sn-Cu

6、镀层。用作对比的镀层样品是Sn和Sn-Pb镀尾测试条件完全相同。　　评比测试的结果，如图4所示。测试样品和对比用样品，当它们在高温高湿处理之前，各个焊料镀层的润湿性几乎是相同的。但是，经过高温高湿处理之后，利用ZeroCrossTime进行比较，结果显示在图4里，一目了然。　　评比结果，除Sn-3．5m厚铜板上和42Alloy板上电镀10μm厚的Sn-1wt%cu镀层，按照JIS规格H8504进行弯曲实验，结果良好。在铜板和42Alloy板上的镀层，并未发生裂纹，证实加工性良好。　　(8)不污染流焊槽　　通常，电子元器件焊接都是采取使用焊料槽的流焊

7、焊接法，焊接过程中由印刷电路板上有Cu溶入并且镀层中的成份也溶入到流焊槽内，形成污染。关于有Cu溶入焊料槽内的问题，如像Sn-Pb焊料槽内有Cu也关系不大，因为已有清除Cu的实用技术。但是，Cu以外的异种金属混入焊料糟时，可能导致流焊特性劣化。为此，日本上村工业公司曾进行过专门研究，该公司开发的Sn-Cu电镀技术和现有的无铅焊料(如像Sn-0．7Cu、Sn-3.5Ag-0．75Cu和Sn-2．5Ag-0．7Cu-1Bi)技术相容，不会对流焊槽造成污染。　　(9)在阳极上无铜沉积　　锡Sn阳极之类的可溶性阳极，通常是设置在电解槽里。当它浸渍在电解液中

8、的情况下，连不通电流时不出现金属置换沉积现象，保持电解液中的金属浓度不变是最重要的。但是，以往的电镀工艺中，几乎不能保证这样一点。此次日本上村工业公司公布的利用SoftAlloyGTC电解液的Sn-Cu电镀技术，却能保证在阳极无Cu置换沉积现象，而且通过对比实验获得证实。该对比实验情况如下：试验用阳极是Sn阳极，作为对比实验用电解液分别是Sn-1wt%Cu、Sn-3．5wt%Ag和Sn-5wt％Bi(均是强酸性电解液)，试验用样品电解液是SoftAlloyGTC-20型So-Cu电解液，实验时把Sn阳极投入各个电解液中呈浸渍状态并在常温下放置24小

9、时。对比实验结果表明，浸渍在Sn-1wt%Cu、Sn-3．5wt％Ag和Sn-Swt%Bi电解液中的各Sn阳极，其表面分别